(57)【要約】【課題】燃料電池において、電流密度を維持することが必要とされる圧縮圧力を減少させると共に、より低い接触抵抗を達成することにより、燃料電池の性能全体及び寿命を更に向上させる。【解決手段】アノード電極、カソード電極及びこれらの電極の間に挟持されたイオン伝導性部材を備える膜電極アッセンブリと、当該電極のうち第１の電極に隣接する導電性部材であって、該導電性部材は第１の電極に面する主要表面を有するプレートを備える、前記導電性部材と、主要表面上にパターン形成され、かつ、ランドにより形成された流れ場パターンであって、ランドは、結合剤中に分散された伝導性粒子を含む、流れ場パターンと、主要表面と第１の電極との間に配置された拡散媒体であって、ランドは該拡散媒体と当接する、拡散媒体と、を備え、ランドの少なくとも２つの高さは、導電性部材の主要表面の領域の間で変化している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード電極、カソード電極及びこれらの電極の間に挟持されたイオン伝導性部材を備える膜電極アッセンブリと、
前記電極のうち第１の電極に隣接する導電性部材であって、該導電性部材は前記第１の電極に面する主要表面を有するプレートを備える、前記導電性部材と、
前記主要表面上にパターン形成され、かつ、ランドにより形成された流れ場パターンであって、前記ランドは、結合剤中に分散された伝導性粒子を含む、前記流れ場パターンと、
前記主要表面と前記第１の電極との間に配置された拡散媒体であって、前記ランドは該拡散媒体と当接する、前記拡散媒体と、
を備え、
前記ランドの少なくとも２つの高さは、前記導電性部材の前記主要表面の領域の間で変化している、燃料電池。
【請求項２】
前記高さは、前記領域において発揮された圧縮力に従って前記主要表面の領域の間で変化している、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記高さは、比較的高い圧縮力の下にある第１の前記領域においてより低く、前記高さは、比較的低い圧縮力の下にある第２の前記領域においてより高い、請求項１に記載の燃料電池。  
【請求項４】
前記領域の間の接触抵抗における変化は、前記領域の間で変化している高さにより最小にされている、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記ガス拡散媒体は、カーボンペーパー、カーボン布及びカーボン発泡体からなる群から選択される、請求項４に記載の燃料電池。
【請求項６】
燃料電池を製造する方法であって、
伝導性基板の表面の少なくとも２つの間隔を隔てた領域上に導電性材料を堆積させて該領域にランドを形成することによって導電性流体分布要素を形成し、
アノード電極、カソード電極及びこれらの電極の間に挟持されたイオン伝導性部材を備える膜電極アッセンブリと前記流体分布要素とを、燃料電池アッセンブリを形成するように互いに隣接して配置する、各工程を備え、
前記導電性材料を堆積させる工程は、前記ランドの少なくとも１つの高さを変化させることにより実行される、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、陽子交換膜（ＰＥＭ）燃料電池に係り、より詳しくは、結合剤中に分散される伝導材料が、導電部材のための流体通路の流れ場を形成するため複数の領域として配置されるような電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の分野において流れ場プレート技術がかなり進歩してきているが、金属又は複合プレート上にアノード及びカソードの流れ場を形成することに関連して固有の欠点が数多く存在している。第１の主要なプレート毎のコスト目標は、材料（ステンレス鋼、アルミニウム、複合物等々）及び製造方法（エッチング、機械加工、打ち抜き加工）の任意の組み合わせと合致させるのが困難となる傾向にある。第２には、プレート及び流れ場「ランド」が剛性であるので、現在のところ存在する任意の圧縮法を用いてスタックの平面に亘って均一な圧縮を適用することは困難となる。最後に、流れ場プレート拡散媒体のインターフェースにおける固体状態での接触の故に、電池性能は、この位置における比較的大きな接触抵抗により影響を与えられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従って、上記に列挙された欠点を無くした流れ場プレートが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、イオン伝導性部材と該イオン伝導性部材に配置された電極とを備える、膜電極アッセンブリを備える燃料電池に関する。更には、本燃料電池は、結合剤中に分散された伝導性粒子から形成された流れ場を備える二極式プレート又はガス拡散媒体等の導電性部材を備えている。
【０００５】
更には、本発明は、燃料電池を製造する方法に関し、本方法は、イオン伝導性部材と少なくとも１つの電極とを備える膜電極アッセンブリ（ＭＥＡ）を設け、ＭＥＡの表面に、導電性流体分布要素及び電流コレクターのうち少なくとも１つを設ける、各工程を備える。本方法は、導電性流体分布要素及び電流コレクター上に複数の溝を形成する複数のチャンネルを備える流れ場を形成する工程を更に備え、該流れ場は、結合剤中に分散された複数の伝導性粒子を備えている。
【０００６】
本発明の用途の更なる領域は、後述される詳細な説明から明らかとなる。詳細な説明及び特定の例は、本発明の好ましい実施例を示しているが、単に解説の目的のためだけを意図しており、本発明の範囲を限定することを意図したものではない。
【０００７】
本発明は、詳細な説明及び添付図面からより完全に理解されるようになる。
【実施例】
【０００８】
好ましい実施例の次の説明は、本質上単なる例にしか過ぎず、本発明、本発明の用途又は使用法を限定するものではない。
図１は、２つの電池からなる、一対の膜電極アッセンブリ（ＭＥＡ）４及び６を有する二極式燃料電池スタック２を表しており、該膜電極アッセンブリは、導電性分布要素８、以下では二極式プレート８によって互いから分離されている。膜電極アッセンブリ４及び６と二極式プレート８とは、ステンレス鋼クランププレート又は端部プレート１０及び１２、並びに、端部接触要素１４及び１６の間に一緒に積み重ねられている。端部接触要素
１４及び１６、並びに、二極式プレート８の両作用面は、燃料及び酸化ガス（即ち、Ｈ２及びＯ２）を膜電極アッセンブリ４及び６に分布させるため、複数の溝又はチャンネル１８、２０、２２及び２４を含んでいる。非伝導性ガスケット２６、２８、３０及び３２は、燃料電池スタックの幾つかの構成部品の間で、密封及び電気的絶縁を提供する。ガス透過性の伝導性材料は、典型的には、膜電極アッセンブリ４及び６の電極面に対して押圧された、カーボン／グラファイト拡散ペーパー３４、３６、３８及び４０である。端部接触要素１４及び１６は、カーボン／グラファイトペーパー３６及び４０を各々押圧し、その一方で、二極式プレート８は、膜電極アッセンブリ４のアノード面上にカーボン／グラファイトペーパー３６に対して押圧し、膜電極アッセンブリ６のカソード面上でカーボン／グラファイトペーパー３８に対して押圧する。酸素は、適切な供給配管４２を介して貯蔵タンク４６から燃料電池スタックのカソード側に供給され、水素は適切な供給配管４４を介して貯蔵タンク４８から燃料電池のカソード側に供給されている。代替例として、周囲の空気を、酸素原としてカソード側に供給し、水素を、メタノール又はガソリン改質器等からアノードへ供給してもよい。膜電極アッセンブリ４及び６のＨ２及びＯ２の両側部のための排気配管（図示せず）も提供される。追加の配管５１、５３及び５５が、液体冷却剤を、二極式プレート８並びに端部プレート１４及び１６に供給するため提供される。二極式プレート８並びに端部プレート１４及び１６から冷却剤を排出するための適切な配管も提供されるが、図示されていない。
【０００９】
各々の膜電極アッセンブリ（ＭＥＡ）４及び６は、アノード電極５２及びカソード電極５４（図２）により挟持されたイオン伝導性部材５１を備えている。イオン伝導性部材５０は、好ましくは、固体ポリマー膜電極アッセンブリであり、より好ましくはＰＥＭである。そのような膜電極アッセンブリに適切なポリマーは、当該技術分野で周知されており、米国特許番号５，２７２，０１７号及び３，１３４，６９７号に記載されており、特許文献及び非特許文献の他の箇所にも記載されている。しかし、イオン伝導性部材５０は、当該技術分野で従来使用されている陽子伝導性ポリマーの任意のものを含んでいてもよい。好ましくは、例えば、ナフィオン（Ｒ）等の過フッ化スルホン酸ポリマーが使用される。更には、ポリマーは、膜の単独成分であってもよく又は別の材料の小孔に担持されていてもよい。アノード電極５２及びカソード電極５４は、ポリマー結合剤に埋め込まれた、触媒被覆の炭素粒子又はグラファイト粒子を含むのが好ましい。該ポリマー結合剤は、ポリマー膜のように、ナフィオン（Ｒ）等の陽子伝導性材料である。好ましくは、触媒は、プラチナ、パラジウム、プラチナ−ルテニウム、Ｐｔ／遷移金属合金、並びに、それらの組み合わせからなる群から選択される。
【００１０】
図３は、本発明と連係して使用することができる一例としての二極式プレート５６の斜視図である。二極式プレート５６は、第１の外側金属シート５８と、第２の外側金属シート６０と、第１の金属シート５８及び第２の金属シート６０の間に介在する内側スペーサー金属シート６２とを備えている。外側金属シート５８及び６０は、好ましくは、平坦であり、可能な限り薄く作られている。更には、金属シート５８及び６０は、シート金属を形成するための任意の従来プロセスにより形成されてもよい。
【００１１】
外側シート５８は、該シートの外側に第１の作用面５９を有しており、該第１の作用面は、膜電極アッセンブリ（図示せず）に対面しており、本発明によれば、流れ場５７を含むように改造されている（図４）。金属シート６０は、シート５８に類似している。図面には表されていないが、複数のリッジが設けられ、該リッジの間に複数のチャンネルが形成されていてもよく、該チャンネルを通って、二極式プレート５６の一方の側部６９からその他方の側部７１までシート５８及び６０の間で冷却剤が流れる。シート５８のように、シート６０の外側部は、作用面６３を有する。シート６０は、流れ場５７を形成するように変更されていてもよい。内側金属スペーサーシート６２は、外側シート５８及び６０の間に介在して配置され、冷却剤がシート５８及び６０の間を流れることを可能にするた
め内部に複数のアパーチャ６４を備え、これにより、層流境界層を壊して乱流を提供し、該乱流は、外側シート５８及び６０の内側面との熱交換を各々惹起する。
【００１２】
ここで、図４を参照すると、複数のランド６６は、該ランドの間に複数の溝６８を形成し、流れ場５７を構成する。該流れ場を通って燃料電池の反応ガス（即ち、Ｈ２又はＯ２）は、二極式プレート５６の一方の側部７０からその別の側部７２までの経路で流れる。流れ場５７のランド６６は、多孔性材料、カーボン／グラファイト拡散媒体３６及び３８に対して押圧し、膜電極アッセンブリ４に対して押圧する。図３に示されるように、反応ガスは、燃料電池の一方の側部７０に沿って存在する入口マニホルド７４から溝６８に供給され、燃料電池の反対側の側部７２に隣接して存在するマニホルド７６の別のアレイを介して溝６８から出て行く。
【００１３】
本発明によれば、活性化ＭＥＡ表面の平面に亘って、アノード及びカソード反応物の分布を容易にする流れ場５７を形成するため、最初に液体状態にある材料が、適切なコーティング法により、塗布される。好ましくは、ランド６６を形成する材料は、ポリマー樹脂結合剤中に分散された伝導性材料である。この点において、伝導性材料は、カーボンブラックから構成されるのが好ましく、ポリマー結合材はポリイミドであるのが好ましい。しかし、燃料電池を汚染するか又は燃料電池内で反対方向に働く反応を形成する材料ではない限り、任意の伝導性材料を選択することができることが理解されるべきである。その上、燃料電池の苛酷な環境に耐えることができる限り、任意材料を燃料電池の結合剤として選択することができることも理解されるべきである。即ち、結合剤は、結合剤の劣化無しに、酸性で湿度がある高温の環境に耐えるべきである。
【００１４】
図４に示された本発明の第１の実施例によれば、流れ場５７は、二極式プレート５６の作用面５９及び６３上に形成されている。より詳しくは、流れ場５７のランド６６は、燃料電池のガス反応物が流れるため複数の溝６８を形成するため二極式プレート５９及び６３に配置されている。流れ場５７の形状は、所望の任意のパターンで形成されてもよいことが理解されるべきである。即ち、流れ場５７は、例えば、流れ場５７のランド６６及び溝６８が二極式プレート５６（図６）の表面に亘って行きつ戻りつ曲流する蛇行パターン７７か、又は、溝６８が二極式プレート５６の表面を一方のエッジから別のエッジまで単に横断するより簡単な態様で形成されてもよい。
【００１５】
流れ場５７のランド６６はポリマー結合剤中に分散された伝導性材料から形成されているので、ランド６６は、打ち抜き、成形等の工程から形成される従来の二極式プレートのものほど剛性ではない。かくして、燃料電池の構成部品が完全に組み立てられたとき、ランド６６は圧縮し、これにより満足のいく電流密度を維持することが必要とされる圧縮圧力を減少させる。即ち、燃料電池の反応から満足な電流密度を促進するため、燃料電池の構成部品は、構成部品の間の電気的接続を確保するため該構成部品が故障しない程度の高い圧力で一緒に圧縮される。しかし、高い圧縮圧力は、膜電極アッセンブリ４に含まれている部品等の鋭敏な電池構成部品を損傷しかねない。本発明の流れ場５７のランド６６が剛体ではないので、圧縮圧力を最小に維持することができ、従って、鋭敏な電池構成部品への損傷を回避することができる。
【００１６】
更には、高い圧縮圧力が従来の電池内で使用されるとき、接触抵抗が生じ得る。高い圧縮圧力を、本発明を用いるとき軽減することができるので、より低い接触抵抗を達成することができ、更に、燃料電池全体の性能を向上させ、電流密度を増大させることができる。このことは、ランド６６が、少なくとも５０質量％の伝導性粒子と、少なくとも５０質量％のポリマー結合剤を含むことで達成される。少なくとも５０質量％の伝導性粒子を利用することによって、粒子間接触は、ランド６６において確実に保証され、電気的導通を促進することができる。その上、少なくとも５０質量％の熱伝導性があるポリマー結合剤を利用することに
よって、燃料電池の反応全体の副産物として生成された熱を分離することができる。かくして、燃料電池の全体的性能が更に向上される。
【００１７】
ここで、図５を参照して、本発明の第２の実施例を説明する。第２の実施例によれば、流れ場５７のランド６６は、電流コレクター、即ち膜電極アッセンブリ４から離れて面しているガス拡散媒体３６及び３８の表面３７及び３９上に形成されている。ガス拡散媒体３６及び３８は、当該技術分野で知られている任意のガス拡散媒体であってもよい。好ましくは、ガス拡散媒体３６及び３８は、約１００〜３００μｍの範囲の厚さを備えた、カーボンペーパー、カーボン布、又は、カーボン発泡体である。
【００１８】
第１の実施例の場合のように、流れ場５７の形状は、所望又は意図された任意のパターンで形成されていてもよいことが理解されるべきである。即ち、流れ場５７は、流れ場５７のランド６６及び溝６８が、拡散媒体３６及び３８の表面３７及び３９に亘って行きつ戻りつ曲がりくねっている蛇行パターン７７（図６）であるか、又は、溝が、一方のエッジから他方のエッジまで拡散媒体３６及び３８の表面３７及び３９を単に横切っているより簡単な態様で形成されていてもよい。更には、流れ場５７が拡散媒体３６及び３８の表面に配置されているが、冷却平坦プレート５６をなおも利用することが好ましいことが記載されるべきである。この態様では、燃料電池の温度は、所望の効率的な温度に制御することができる。その上、第１の実施例の場合のように、ランド６６は、打ち抜き、成形等から形成された従来の二極式プレートのものほど剛性ではない。従って、ランド６６は圧縮し、これにより満足のいく電流密度を維持することが必要とされる圧縮圧力を減少させる。更には、高い圧縮圧力が軽減されるので、より低い接触抵抗も達成することができ、燃料電池全体の性能を向上させると共に、電流密度を増大させる。かくして、燃料電池の性能全体及び寿命が更に向上する。
【００１９】
二極式プレート５６又は拡散媒体３６及び３８のいずれかに流れ分布ネットワーク材料を塗布する一つの可能な方法は、「直接描画」技術８０を使用することによりなされ、該技術は、コーティング幅及び厚さの幅広い範囲に亘って流体を適用するため薄いノズル先端部８２を用いている（図７）。この種の装置の製造者は、ニューヨーク、ホネオイェフォールズのオームクラフト社の子会社であるマイクロペン社である。そのような直接描画技術８０の使用は、伝導性ペーストのラインを厳密な許容範囲内で描画する能力を可能にする。より詳しくは、直接描画技術８０は、±０．０００６３５ｃｍ（±０．０００２５インチ）の許容誤差で０．００１２７ｃｍ（０．０００５インチ）程度の薄さの空間（溝６８）で幅が０．０６３５ｃｍ（０．０２５インチ）から０．６３５ｃｍ（０．２５インチ）までの範囲であり得るライン（ランド６６）を生成する。その上、直接描画技術８０は、±０．００００６３５ｃｍ（±０．００００２５インチ）の許容範囲内で、一通行当たり０ｃｍ（０インチ）から０．０２５４ｃｍ（０．０１０インチ）厚のランド６６を堆積することができ、毎秒０．１２７ｃｍ（０．０５インチ）から１２．７ｃｍ（５．０インチ）の速度で描画することができる。更には、そのような技術は、水（１ｃｐ）からパテ（＞１００，０００ｃｐ）まで、実質的に任意の粘性の材料のコーティングを可能にする。実質的に任意の流体粘性率で被覆するそのような幅広い範囲に亘る能力を用いると、流れ場５７の前述したランド６６を形成するため使用することができる材料パッケージを設計する際に、多大な自由度が許されることになる。コーティングパターンの設計は、電子描画からマイクロペンに投入することができることも着目され、理解されるべきである。従って、流れ場溝６８又は関心を向けた他の形状に対応する、複雑化したパターンを生成する工程は、例えば、連係された自動ＣＡＤ描画機能を単に搭載することによって達成することができる。
【００２０】
更には、幅広い範囲の物理的特性を備えた流体をコートするマイクロペンの能力の故に、流れ場５７を形成するため使用される材料（図４及び図５）は、特定の機能的要求を満
足させるため、「細かいチューニング」を実行することができる。例えば、二極式プレートに（機械加工、打ち抜き、エッチング等により）形成された従来の流れ場５７を代用するため、被覆された材料は、冷却された平坦プレート５６への電子輸送及び電池からの効果的な熱輸送を容易にするため、高い導電度及び熱伝導度等の特性を有している。その上、当該材料は、一定度合いの順応性を提供するため、細かく調整することができる。この順応性は、接触抵抗を減少させ、圧縮負荷を減少させ、スタックアッセンブリを、使用する端部プレート１０、１２に印加された圧縮負荷の非均一性及び又はエッジ圧縮に対して遥かに感度を少なくさせる。
【００２１】
流れ場５７を堆積させる好ましい方法は、当該技術分野で周知されているように、所謂、デカルコマニア法と関連した直接描画技術８０を利用することである。デカルコマニア法では、伝導性粒子とポリマー結合剤と鋳造溶媒とを含むスラリーが、テフロン（Ｒ）の半加工品に亘って均等に塗布されている。テフロン（Ｒ）の半加工品は、オーブン内で焼かれ、次いで基板に加熱プレスされる。テフロン（Ｒ）の半加工品は、基板から剥ぎ取られるが、ポリマー結合剤中に分散された伝導性粒子は、残ったままの状態となる。
【００２２】
本発明の流れ場５７を、二極式プレート５６又は拡散媒体３６及び３８のいずれかに適用するという目的のため、直接描画技術８０は、伝導性材料のスラリーを、流れ場５７のランド６６のための所望のパターンで、所望の幅及び厚さでテフロン（Ｒ）の半加工品上に塗布するため使用される。本発明の目的のための一例としてのスラリーは、約２０質量％のカーボンブラックと、２０質量％のポリマー結合剤と、３０質量％のイソプロピルアルコールと、３０質量％の水とを含むが、これらに限定されるものではない。スラリーが所望のパターンでテフロン（Ｒ）の半加工品上に堆積された後、ブランクは、５分間に亘って８０℃でオーブンで乾燥される。次に、テフロン（Ｒ）の半加工品は、１４６℃の温度及び２．７５７９ＭＰａゲージ（４００ｐｓｉｇ）の圧力で、二極式プレート５６又は拡散媒体３６及び３８の表面上に加熱プレスされる。次に、テフロン（Ｒ）の半加工品は、除去され、流れ場５７は、二極式プレート５６又は拡散媒体３６、３８上に配置されたままとなっている。
【００２３】
上述した方法が好ましいが、本発明は上記例に限定されるものではないことが理解されるべきである。例えば、流れ場５７を配置するため多数の直接描画装置を同時に用いてもよい。更には、スラリーの様々に異なる量及び成分に応じて、焼結工程及び加熱プレス工程のために、様々に異なる圧力及び温度が必要となり得ることが理解されるべきである。別の可能な変形例は、直接描画技術８０を用いて、二極式プレート５６又は拡散媒体３６、３８上に流れ場５７を直接堆積させることである。
【００２４】
更には、二極式プレート５６又は拡散媒体３６、３８上に流れ場５７を堆積させる他の方法は、押し出し成形法及びマスク法を備えている。押し出し成形法に関しては、伝導性粒子及びポリマー結合剤のスラリーは、直接描画技術８０に類似して、所望のパターンで、テフロン（Ｒ）加工されたブランク上に押し出され、次に、二極式プレート５６又は拡散媒体３６及び３８上に加熱プレスされるか又は二極式プレート５６又は拡散媒体３６及び３８上に直接押し出される。そのような方法では、流れ場５７の溝６８の厚さ及び幅を独立に制御することもできる。
【００２５】
マスク法では、所望の流れ場パターンを備えたマスクは、テフロン（Ｒ）加工されたブランク、二極式プレート５６又は拡散媒体３６及び３８のいずれかに亘って配置され、次に、伝導性粒子及びポリマー結合剤のスラリーは、ローラー等を用いて表面上に圧延される。更に、スラリーは、引っ張り棒法又は当該技術分野で知られているスラリーを堆積させる他の任意の方法によって配置されてもよい。選択された堆積方法に従ってスラリーが塗布されたことに続いて、マスクが取り外され、流れ場５７のランド６６が残される。
【００２６】
上述した用途の任意のものにおいて、流れ場５７のランド６６の厚さ即ち高さを変更してもよいことが理解されるべきである。即ち、燃料電池の構成部品の各々は、各構成部品が様々な厚さ及び寸法、面積からなることに起因して電池を通して様々な圧力を受けることになる。かくして、圧縮圧力も、電池を通してばらつく。流れ場５７を二極式プレート５６又は拡散媒体３６、３８のいずれかに適用する前に、圧力がばらつくこれらの領域を、様々なテスト方法を用いて決定することができる。一旦、これらの領域が決定されたならば、流れ場５７のランド６６の厚さは、電池内の減少又は増大した圧力の対応する状態に、圧力を一様にするか又は圧力を移行させるため、二極式プレート５６又は拡散媒体３６、３８の表面に沿って変化させることができる。例えば、スタック圧縮が比較的低くなることが知られている領域では（局所的に高い接触抵抗を生じさせる）、被覆されたランド６６の厚さを当該局所領域でより厚くすることができる。その逆に、スタック圧縮が比較的高くなることが知られている領域では（局所的に低い接触抵抗を生じさせる）、被覆されたランド６６の厚さを当該局所領域でより薄くすることができる。そのような態様において、最適な性能及び長寿命を促進するため接触抵抗及びスタック圧縮を燃料電池を通して均一に維持することができる。
【００２７】
ここで、図８を参照すると、本発明の第３の実施例が図示されている。第３の実施例によれば、アノード及びカソードの電極５２及び５４は、触媒材料及び非触媒材料からなる領域８４及び８６を交互に配置して構成されている。図８に示されるように、触媒材料及び非触媒材料を交互に配置してなる領域８４及び８６は、二極式プレート５６上に配置された流れ場５７の対応する溝６８と整列されている。触媒材料を、流れ場溝６８と整列された領域８４に拘束することによって、拡散媒体の必要性を無くすことができる。このコンセプトの延長にあるものは、アノード及びカソードの反応物のための流れ溝６８を形成するため、非触媒流域８６上に直接流れ場を被覆することである。そのような設計は、燃料電池の全ての「プログラム」を単一構成へと結合することであり、最終的に、スタックは、冷却された平坦プレートの間にこれらの構成を配置することによって組み立てられる。この態様では、例えばスタック圧縮及び接触抵抗等の因子を、更に制御し、最適化することができる。
【００２８】
更には、二極式プレート５６のランド６６が、共に導電性であるアノード５２及びカソード５４の非触媒領域８６と直接接触しているので、純粋なＨ２又は水素の改質物の燃料流れがアノード５２の電気化学的活性領域８４に亘って分散されるとき、水素酸化反応により生成された電子が、隣接して配置された導電性領域８６に電気化学的活性領域８４を通して横断方向に短い距離で伝達される。二極式プレート５６のランド６６が、アノード５２の導電性領域８６と直接接触しているので、電気的導通は促進され、強化される。アノード反応から生成された陽子（Ｈ＋）は、加湿燃料流れからの水と結合して、電気化学的活性領域８４を通ってイオン伝導性部材５０へと至り、該イオン伝導性部材を通ってカソード５４に至る。
【００２９】
酸素を含むＯ２又は周囲空気の流れは、カソード５４の電気化学的活性領域８４に亘って分散される。酸素は還元反応を受け、生成された電子は、電気化学的活性領域８４を通って隣接する導電性領域８６へと短距離に横断方向に伝達される。還元された酸素は、アノード５２からの陽子と反応し、液体水が生成される。
【００３０】
電気化学的活性領域８４が、実質的に溝６８に対応するか又は整列しており、更に溝６８の幅より小さい幅しか持っていないので、燃料電池の電気化学的反応から生成された水は、ランド６６には形成されず、実質的に、溝６８に拘束されるということが理解されるべきである。従って、溝６８内の水は、高い速度の空気流れと接触し、該空気流れは、燃料電池から水を対流的に除去する。
【００３１】
本発明の説明は、その本質上単なる例示にしか過ぎず、かくして、本発明の要旨から逸脱しない変更は、本発明の範囲内にあることが意図されている。そのような変更は、本発明の精神及び範囲からの逸脱とはみなされるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、ＰＥＭ燃料電池スタック（２つの燃料電池のみが示されている）の概略分解図である。
【図２】図２は、膜電極アッセンブリの断面図である。
【図３】図３は、本発明で有用な例示としての導電性流体分布要素の分解図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施例に係る燃料電池の断面図である。
【図５】図５は、本発明の第２の実施例に係る燃料電池の断面図である。
【図６】図６は、本発明と連係して使用することができる、蛇行流れ場の一例である。
【図７】図７は、本発明と連係して使用することができる、直接ライティング技術を例示する斜視図である。
【図８】図８は、本発明の第３の実施例に係る燃料電池の断面図である。
【図２】
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【図３】
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【図７】
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【図８】
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【図１】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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